(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼を連続鋳造する際に用いる矩形断面の鋳型であって、
下端から上方に向けて順に、短辺のテーパー率が一定の直線テーパー部領域と、短辺のテーパー率が次第に拡大する曲線テーパー部領域とを備え、
前記曲線テーパー部領域で溶鋼のメニスカスに接し、
前記曲線テーパー部領域におけるメニスカスから直線テーパー部領域との境界までの長さが、メニスカスから鋳型下端までの長さの６．３％以上１２．５％以下であり、
前記曲線テーパー部領域のメニスカスに接する部分のテーパー率が１０％／ｍ以下であり、
前記直線テーパー部領域のテーパー率が、鋳造の対象とする複数種類の鋼種のうち最も凝固収縮が大きい鋼種の凝固収縮を補償する基準テーパー率の８３．２〜９６．０％であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
請求項１に記載の連続鋳造用鋳型を用いたことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造用鋳型に関し、特に長寿命であり、かつ凝固収縮の大きさが異なる鋼種および多種多様な操業形態でも表面品質の良好な鋳片を安定して鋳造できる連続鋳造用鋳型、およびこの鋳型を用いた鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造とは、溶鋼を取鍋からタンディッシュを経て鋳型内に注入し、鋳型を構成する銅板により一次冷却して凝固シェルを形成させながら、未凝固状態の鋳片を鋳型の下部に引き抜き、続くローラーエプロンにおいて二次冷却して中心部まで凝固させることにより鋳片を製造する方法である。鋳型では、凝固シェルの収縮量に対応して鋳型の下方に向かって狭まるテーパーを短辺に付与し、凝固シェルからの抜熱能の低下を抑制している。
【０００３】
この鋳型に付与されたテーパーは、鋼種や鋳造速度に応じて適正な大きさに設定することが理想である。
【０００４】
しかし、実操業においては、単一の鋳型で多種多様な鋼種および操業形態に対応している。そのため、どのような鋼種および操業形態でも、ブレークアウト等の操業上のトラブルを回避できるよう、鋳型のテーパー率を大きく設定することを余儀なくされている。ブレークアウトとは、鋳型内における不均一凝固により凝固シェルが破れることをいう。
【０００５】
テーパー率の大きい鋳型を用いた場合、凝固シェルと鋳型の短辺との間の接触が著しくなり、凝固シェルに過大な応力が加わる。凝固シェルと鋳型の短辺との間の接触は、特に鋳型の下部において強い。
【０００６】
さらに、鋳型の摩擦力が大きいことから、銅板の表面に施しためっきが磨耗しやすく、特に鋳型の短辺側の銅板が露出しやすいため、テーパー率が小さい場合と比較して鋳型の摩耗が多く、寿命が短い。ここで、鋳型の寿命とは、鋳型を連続鋳造装置に取り付けて設置した後、上述の銅板の露出等の理由で使用できなくなり、交換しなければならなくなるまでの期間をいう。
【０００７】
鋳型の寿命が短いと、鋳型の交換の頻度が高いため、操業ロスおよび銅板のコストが大きいため、長寿命の鋳型が望まれている。
【０００８】
鋳型と鋳型内で形成される凝固シェルとは、モールドフラックスと呼ばれる潤滑材を介して接触している。
【０００９】
鋳型内での凝固シェルの形成は、高速鋳造時の凝固シェルの拘束、ブレークアウト、および、高熱負荷や鋳型内面の磨耗増大による鋳型の短寿命化等の大きな問題に関わる、連続鋳造における重要な因子である。
【００１０】
鋳型に用いられる銅合金は、それ自体では耐熱性、耐磨耗性、耐食性等の特性に劣るため、これらの特性を向上させるよう、従来は溶鋼と接する内面に表面処理すなわちめっきを施すことで対応してきた。
【００１１】
例えば、特許文献１では、鋳型の寿命の確保に必要な厚さのニッケルめっきまたはニッケル合金めっきを施すことが提案されている。特許文献２では、特に被熱量の多い高速度連続鋳造に適した耐熱性と耐磨耗性を有するニッケル−コバルト−鉄系３元合金によるめっきを施すことが提案されている。特許文献３では、溶鋼のＺｎ濃度が鋳型（モールド）内面のめっき層の腐食および磨耗に大きく影響することから、溶鋼を鋳型に供給する前に、溶鋼のＺｎ濃度を０．００３０質量％以下とすることが提案されている。
【００１２】
しかし、近年の連続鋳造操業は、鋼種と鋳造条件が多種多様化しているため、鋳型の内面の表面処理だけでは十分に寿命の長い鋳型を得ることができないという問題があった。
【００１３】
また、鋳型の内面のテーパーに関する提案は、専ら初期凝固の安定化を重視する目的でなされており、鋳型の長寿命化を目的とする提案はされていない。
【００１４】
例えば、特許文献４では、鋳型の短辺を多段テーパーとし、最高鋳造速度が大きいほどメニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパー変化点までの距離を短くすることにより、凝固均一度と拘束力をともに良好な範囲とすることが提案されている。特許文献５では、鋳型の内面と鋳片との間のエアーギャップを低減する方法として、鋳型の横断面形状を４辺を円弧で接続した角丸四角形とし、さらに鋳型のテーパー率を段階的に変えた多段テーパー、またはテーパー率を連続的に変えたパラボリックテーパーとすることが提案されている。しかし、いずれの文献にも鋳型の寿命に関する記載はなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特公昭５８−４７２５８号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６９９２号公報
【特許文献３】特許第４４１９４０１号公報
【特許文献４】特開２００９−１６０６４５号公報
【特許文献５】特開２００１−７９６５０号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｗ．  Ｂｒｉｇｇｓ，”Ｓｔｅｅｌ  Ｃａｓｔｉｎｇｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”Ｆｏｕｒｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｓｔｅｅｌ  Ｆｏｕｎｄｅｒ’ｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，１９７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、長寿命であり、かつ凝固収縮の大きさが異なる鋼種および多種多様な操業形態でも表面割れ（コーナー割れおよび横割れ）が抑制された表面品質の高い鋳片を安定して鋳造することができる鋳型を提供すること、およびこの鋳型を用いた連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、鋳型の寿命を決定する要因が、鋳型の短辺のテーパー率（以下、単に「テーパー率」と表記した場合、「鋳型の短辺のテーパー率」を意味する。）であると考え、鋳型を長寿命とすることができるテーパー率について検討した。
【００１９】
単一の鋳型で連続鋳造の様々な操業形態の全てに対応可能とするテーパー率の設定は困難であるため、一般的には鋳型内における凝固収縮が最も大きい鋼種または凝固収縮が最も大きくなる操業形態に対応したテーパー率に設定されている。
【００２０】
一般に、凝固収縮が大きい鋼種は鋳造速度が低速であり、大きな凝固収縮が発生するのは凝固初期、具体的にはメニスカスから鋳造方向下流側に１５０ｍｍ以内の範囲である。
【００２１】
鋳型の短辺は、通常の場合、上部から下部に向かって単一の平面を構成する。この場合、メニスカスから鋳造方向下流側に１５０ｍｍ以内の範囲で大きな凝固収縮が発生しても、メニスカス近傍に生じる初期凝固シェルと鋳型との間のエアーギャップ（空隙）をなくし、凝固シェルと鋳型の短辺とを接触させるため、大きなテーパー率に設定される。
【００２２】
この鋳型を用いて、鋳型内における凝固収縮が小さい鋼種または凝固収縮が小さくなる操業形態の鋳造を行った場合、テーパー率が過大であるため、常に凝固シェルと鋳型の短辺との間の接触応力が過大な状態となる。この場合、凝固シェルに過大な応力が加わるため、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦力の増大に伴って、鋳型下端の磨耗が助長され、鋳型の寿命が短くなる。
【００２３】
一方、凝固収縮が小さい鋼種に対応するテーパー率に設定した鋳型を、凝固収縮が大きい鋼種に適用した場合には、凝固シェルと鋳型の短辺との接触が不均一になり、冷却のアンバランスが発生し、凝固シェルの不均一成長が起こり、溶融金属の静圧によって鋳片の表面に割れが発生し、ブレークアウト（凝固シェルの破断）に至ることがある。
【００２４】
図１は、各種炭素鋼の収縮量と温度の関係を示す図である（非特許文献１）。同図から、鋼種によって凝固収縮量が異なり、高炭素鋼は低炭素鋼および中炭素鋼と比較して収縮量が少ない傾向にあることがわかる。また、添加合金によっても鋼の収縮量は異なる。
【００２５】
本発明者らは、鋳型を長寿命とするため、凝固収縮が小さい鋼種に対応するテーパー率とした鋳型において、凝固収縮が大きい鋼種に対しても凝固収縮量に見合ったテーパーを付与する方法について検討した。この検討の内容については後述する。
【００２６】
その結果、曲線テーパーと直線テーパーを組み合わせることにより、凝固シェルと鋳型の短辺との間の接触応力を過大な状態とすることなく、また、凝固シェルと鋳型の短辺との接触を不均一とすることなく、凝固収縮が小さい鋼種でも大きい鋼種でも、多種多様な形態で操業可能とすることができることを知見した。
【００２７】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記の（１）に示す連続鋳造用鋳型、および（２）に示すこの連続鋳造用鋳型を用いた連続鋳造方法にある。
【００２８】
（１）鋼を連続鋳造する際に用いる矩形断面の鋳型であって、下端から上方に向けて順に、短辺のテーパー率が一定の直線テーパー部領域と、短辺のテーパー率が次第に拡大する曲線テーパー部領域とを備え、前記曲線テーパー部領域で溶鋼のメニスカスに接し、前記曲線テーパー部領域におけるメニスカスから直線テーパー部領域との境界までの長さが、メニスカスから鋳型下端までの長さの６．３％以上１２．５％以下であり、前記曲線テーパー部領域のメニスカスに接する部分のテーパー率が１０％／ｍ以下であり、前記直線テーパー部領域のテーパー率が、鋳造の対象とする複数種類の鋼種のうち最も凝固収縮が大きい鋼種の凝固収縮を補償する基準テーパー率の８３．２〜９６．０％であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【００３０】
（２）前記（１）に記載の連続鋳造用鋳型を用いたことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の連続鋳造用鋳型は、長寿命であり、かつ凝固収縮の大きさが異なる鋼種および多種多様な操業形態でも表面品質の良好な鋳片を安定して鋳造することができる。本発明の連続鋳造方法によれば、この連続鋳造用鋳型を使用することにより、長期間にわたって安定して操業することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】各種炭素鋼の収縮量と温度の関係を示す図である。
【図２】テーパー率が全長にわたって一定の連続鋳造用鋳型の短辺の断面図である。
【図３】平均鋳型摩擦力とパウダーの粘度と鋳型のテーパー率との関係を示す図である。
【図４】上部が曲線テーパーであり、下部が直線テーパーである、本発明の連続鋳造用鋳型の短辺の断面図である。
【図５】本発明例の連続鋳造用鋳型の短辺側の銅板を長辺側から見た図である。
【図６】本発明による鋳型寿命の延長効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を完成させるための検討の内容および本発明を実施するための形態について説明する。
【００３４】
１．テーパー率と摩擦の関係の検討
鋳型の短辺のテーパー率（以下、単に「テーパー率」と表記した場合、「鋳型の短辺のテーパー率」を意味する。）が大きいほど、鋳型下端における鋳型と鋳片の凝固シェルとの間の摩擦力（以下、「鋳型摩擦力」という。）は大きくなり、鋳型下端の磨耗が助長され、鋳型の寿命が短くなる。そのため、鋳型を長寿命とするには、鋳型摩擦力を小さくすることが重要である。そこで、本発明者らは、図２に示す鋳型と、垂直曲げスラブ連続鋳造機を用いて連続鋳造試験を行い、テーパー率と鋳型摩擦力との関係について検討した。
【００３５】
図２は、テーパー率が全長にわたって一定の連続鋳造用鋳型の短辺の断面図である。同図に示す鋳型２１は、互いに対向する２枚の短辺側の銅板２２を備え、各銅板２２は、上部から下部に向かって間隔が狭まるテーパーを構成する。各銅板２２の対向する面は、単一の平面によって構成される。
【００３６】
ここで、鋳型２１のテーパー率は、下記（１）式によって定義される。
Ｔ＝｛（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗｂ｝／Ｌ×１００  …（１）
ここで、Ｔ：テーパー率（％／ｍ）、Ｗａ：鋳型２１上端における各銅板２２の内面の間隔（ｍ）、Ｗｂ：鋳型２１下端における各銅板２２の内面の間隔（ｍ）、Ｌ：鋳型２１の鋳造方向の長さ（ｍ）である。
【００３７】
鋳型２１には、油圧式オシレーション装置を用いて鋳型を振動させる油圧シリンダー（図示せず）が接続されている。鋳型摩擦力は、下記（２）式によって定義される。
Ｆａ＝Ｍ／Ｓ  …（２）
ここで、Ｆａ：平均鋳型摩擦力（Ｎ／ｍ2）、Ｍ：鋳造による荷重（Ｎ）、鋳型の内面と鋳片の凝固シェルとの接触有効面積（ｍ2）である。鋳造による荷重は、鋳型を振動させる油圧シリンダーの作動圧力から求めた非鋳造時と鋳造時の作動圧力差から算出する。
【００３８】
連続鋳造試験は、粘度が０．４ｐおよび１．０ｐの２種類のパウダーを用い、各パウダーについて、鋳型の振動条件（１ｍｉｎあたりの振動数）を１０２ｃｐｍおよび１８３ｃｐｍとし、テーパー率を１．４％／ｍとして行い、各試験について平均鋳型摩擦力を求めた。また、粘度が１．０ｐのパウダーについては、テーパー率を１．１％／ｍとした試験も行った。
【００３９】
図３は、平均鋳型摩擦力とパウダーの粘度と鋳型のテーパー率との関係を示す図である。同図から、鋳型の１ｍｉｎあたりの振動数が多い方、パウダーの粘度が低い方、およびテーパー率が低い方が、平均鋳型摩擦力が小さいことがわかる。このうち、平均鋳型摩擦力への影響が最も大きい物理量は、テーパー率であった。
【００４０】
このように、上記試験の結果、テーパー率と鋳型摩擦力との間には、明確な相関があることがわかった。しかし、鋳型の磨耗のみを考慮して、テーパー率を小さく設定すると、メニスカス（鋳型内溶鋼湯面）近傍でのテーパー率の不足により、凝固シェルと鋳型の短辺との接触が不均一になり、冷却のアンバランスが発生し、凝固シェルの不均一成長が起こり、溶融金属の静圧によって鋳片の表面に割れが発生し、ブレークアウトに至ることがある。
【００４１】
一般に、鋳片の凝固収縮は凝固初期に大きく、メニスカス近傍に生じる初期凝固シェルと鋳型との間のエアーギャップをなくし、凝固シェルと鋳型の短辺とを接触させるため、テーパー率を大きく設定する。しかし、テーパー率を大きく設定した鋳型を用いて凝固収縮が小さい鋼種の鋳造を行うと、上述のように、鋳型下端の磨耗が助長されるという問題がある。
【００４２】
以上のように、鋳型の全長にわたってテーパー率を一定とした場合には、鋳片の表面割れ、または鋳型の磨耗という問題が生じる。
【００４３】
２．曲線テーパーと直線テーパーの組み合わせ
本発明者らは、この問題を解決する方法について検討した結果、下端から上方に向けて順に、短辺のテーパー率が一定のテーパー部領域と、短辺のテーパー率が次第に拡大する曲線テーパー部領域とを備える鋳型を用い、曲線テーパー部領域で溶鋼のメニスカスに接するようにすることにより、鋳片の表面割れも鋳型の磨耗も生じさせずに操業できることを知見した。ここで、「曲線テーパー」とはテーパー率を連続的に変えたテーパーをいい、「直線テーパー」とはテーパー率が一定のテーパーをいう。
【００４４】
この鋳型は、上部は初期凝固部分（メニスカス部分）での凝固を均一とする機能を曲線テーパーにより付与し、下部は鋳型を長寿命とする機能を最小限のテーパー率を有する直線テーパーにより付与したものであり、上部と下部とで機能を分離したものである。
【００４５】
図４は、下部が直線テーパーであり、上部が曲線テーパーである、本発明の連続鋳造用鋳型の短辺の断面図である。鋳型４１は、互いに対向する２枚の短辺側の銅板４２を備え、各銅板４２は、下端から上方に向けて間隔が広がるテーパーを構成する。各鋳型４２の対向する面は、下部は単一の平面、上部は曲面によって構成される。すなわち、鋳型４１は、下端から上方に向けて順に、直線テーパー部領域４１ａと、曲線テーパー部領域４１ｂとを備える。直線テーパー部領域４１ａのテーパー率は、基準テーパー率よりも小さい値とする。曲線テーパー部領域４１ｂのテーパー率は、上方ほどテーパー率が拡大する。メニスカス４３は、曲線テーパー部領域４１ｂに接する位置とする。メニスカス４３が曲線テーパー部領域４１ｂに接する限り、曲線テーパー部領域４１ｂの上部に別の形状のテーパー部領域を設けてもよい（後述する図５参照）。
【００４６】
ここで、直線テーパー部領域４１ａのテーパー率は、下記（３）式で定義される。
Ｔｕ＝｛（Ｗｔ−Ｗｂ）／Ｗｂ｝／Ｌ１×１００  …（３）
ここで、Ｔｕ：直線テーパー部領域のテーパー率（％／ｍ）、Ｗｔ：直線テーパー部領域４１ａ上端における各銅板４２の内面の間隔（ｍ）、Ｗｂ：鋳型４１下端における各銅板４２の内面の間隔（ｍ）、Ｌ１：直線テーパー部領域４１ａの鋳造方向の長さ（ｍ）である。
【００４７】
また、「基準テーパー率」とは、鋳造の対象とする複数種類の鋼種のうち最も凝固収縮が大きい鋼種の凝固収縮をちょうど補償するテーパー率をいう。例えば、鋳造の対象とする鋼種が前記図１に示す鋼である場合には、０．８〜１．４％／ｍの範囲である。通常の連続鋳造に用いられる鋳型では、短辺のテーパー率は、鋼の炭素含有率、凝固温度、鋳造速度等に基づいて決定されるが、基準テーパー率は、鋼の収縮率をベースに決定される。
【００４８】
３．本発明の鋳型の好ましい形状
本発明の鋳型の好ましい形状は、以下の（ａ）〜（ｃ）を満たす形状である。
（ａ）曲線テーパー部領域の長さが、曲線テーパーメニスカス下有効長比率が１２．５％以下を満たす長さである。
（ｂ）メニスカスに接する部分のテーパー率が１０％／ｍ以下である。
（ｃ）曲線テーパー部領域の下部の直線テーパー部領域のテーパー率が、基準テーパー率の８３．２〜９６．０％の値である。
【００４９】
（ａ）に記載の、「曲線テーパーメニスカス下有効長比率」は、下記（４）式で定義される。
Ｒ＝（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０×１００  …（４）
ここで、Ｒ：曲線テーパーメニスカス下有効長比率（％）、Ｌ０：メニスカスから鋳型下端までの長さ、Ｌ１：直線テーパー部領域の鋳造方向の長さである。すなわち、Ｌ０−Ｌ１は、曲線テーパー部領域におけるメニスカスから直線テーパー部領域との境界までの長さである。
【００５０】
曲線テーパーメニスカス下有効長比率の好ましい値は、後述する実施例の結果を根拠として算出した。後述する実施例の結果、鋳造方向の全長が９００ｍｍ、有効長さ（メニスカスから鋳造方向下流側の長さ）が８００ｍｍの鋳型において、鋳型のメニスカスから鋳造方向下流側に最大１００ｍｍまでの範囲を曲線テーパーとすることで、メニスカス近傍に生じる初期凝固シェルと鋳型との間のエアーギャップをより確実に抑制できることがわかった。この結果により得られたＬ０＝８００ｍｍおよびＬ０−Ｌ１＝１００ｍｍを、上記（３）式に代入してＲ＝１２．５％を算出した。
【００５１】
（ｃ）に記載の直線テーパー部領域のテーパー率が、基準テーパー率の８３．２〜９６．０％の値であることが好ましい理由は、鋳型の鋳造方向の長さを一定とした場合、曲線テーパー部領域を設けると、曲線テーパー部領域のメニスカスから鋳造方向下流側の長さの分だけ、鋳片の凝固収縮量に応じたテーパー率とすることができ、鋳片と鋳型との間の空隙が低減され、鋳片からの抜熱が促進されるため、直線テーパー部領域でテーパー率を小さくできるからである。
【００５２】
４．本発明の鋳型を用いた連続鋳造方法
連続鋳造機に上記の鋳型を適用して鋳片の連続鋳造を行うことによって、同一の鋳型を用いたまま、様々な鋼種、操業形態において凝固シェルが均一に形成された鋳片を製造することができる。また、鋳型の磨耗が少ないため鋳型の交換の頻度が少なくてすむため、効率よく鋳片を製造することができる。
【００５３】
鋼種や鋳造速度によって収縮量が大きく異なる場合には、メニスカスの設定高さを変更することによって、凝固シェルを均一に形成することができる。例えば、凝固収縮が小さい鋼種を鋳造する場合には、メニスカスの設定高さを低くすること、すなわち曲線テーパーメニスカス下有効長比率を小さくすることで、凝固シェルを均一に形成することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明の連続鋳造用鋳型およびこれを用いた鋼の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す試験を実施して、その結果を評価した。
【００５５】
１．鋳型寿命試験（第１試験）
１−１．試験条件
鋳型寿命を確認するため、下記表１に示す条件で、連続鋳造試験を行った。使用した鋼種のうち、厚板向け一般鋼は凝固収縮が小さい鋼種の代表とし、高合金鋼は凝固収縮が大きい鋼の代表とした。表１において、鋳型サイズの幅とは、鋳型上端における、対向する短辺の内面の間隔を意味する（以下同様）。また、下記表２には、使用した鋼種の化学組成を示す。
【００５６】
【表１】
0005828295.tif 000002
【００５７】
【表２】
0005828295.tif 000003
【００５８】
本発明例は、鋳型として上部のメニスカスに接する部分に曲線テーパー部領域を備え、曲線テーパー部領域の下部に直線テーパー部領域を備えるものを用いた。また、比較例は、前記図２に示した、全体が直線テーパーからなり、テーパー率が基準テーパー率であるものを用いた。この試験での基準テーパー率は１．１％／ｍであり、これは上記高合金鋼の凝固収縮をちょうど補償する大きさである。いずれの鋳型も、銅板を機械加工して作製した。
【００５９】
図５は、本発明例の連続鋳造用鋳型の短辺側の銅板を長辺側から見た図である。この鋳型は、同図に示すように、鋳型の下端から上方に向かって、第１の直線テーパー部領域、曲線テーパー部領域、第２の直線テーパー部領域および第３の直線テーパー部領域から構成されていた。各直線テーパー部領域はテーパー率が一定であった。
【００６０】
鋳型は、鋳造方向の全長を９００ｍｍ、鋳型の上端からメニスカスまでの長さを１００ｍｍとした。第１の直線テーパー部領域、曲線テーパー部領域、第２の直線テーパー部領域および第３の直線テーパー部領域の、鋳造方向の長さはそれぞれ、７００ｍｍ、１００ｍｍ、３０ｍｍおよび７０ｍｍとした。
【００６１】
第１の直線テーパー部領域のテーパー率は基準テーパー率（１．１％／ｍ）よりも小さい１．０％／ｍとした。曲線テーパー部領域の第１の直線テーパー部領域と接する部分のテーパー率も、第１の直線テーパー部領域のテーパー率と同じとした。
【００６２】
曲線テーパー部領域と第２の直線テーパー部領域が接する部分はメニスカスにも接する。この部分での両領域のテーパー率は１０％／ｍとした。第２の直線テーパー部領域は、湯面変動等を考慮して設けられた。第３の直線テーパー部領域のテーパー率は、第１の直線テーパー部領域と同じとした。
【００６３】
曲線テーパー部領域の内面の形状は、下記（５）〜（７）式によって表される。
【００６４】
【数１】
0005828295.tif 000004
【００６５】
ここで、Ｘ：メニスカスから鋳造方向下流側の距離（ｍ）、Ｙ：テーパー量（ｍｍ）、ａ＝０．０９２９、ｂ＝２．１５７×１０-5である。
【００６６】
１−２．試験結果
各鋳型を用いて、厚板向け一般鋼と高合金鋼を交互に繰り返し鋳造した。８００〜１０００チャージの鋼を鋳造するごとに鋳型を構成する銅板を改削し、合計改削量が１０ｍｍを超えた場合にその鋳型は寿命に達したものとした。この試験では、本発明例および比較例とも、２個の鋳型について寿命に達するまで鋳造および銅板の改削を行った。
【００６７】
その結果、比較例では、銅板の平均改削代は２．０ｍｍ／回であり、鋳型が寿命に達するまでの平均改削回数は５回であったのに対し、本発明例では、それぞれ１．５ｍｍ／回および７回であり、本発明例の方が平均改削回数が２回多かった。すなわち、本発明例では１個の鋳型で鋼を１６００〜２０００チャージ比較例よりも多く鋳造することができた。これは、本発明例では、比較例よりも銅板の磨耗が少なく、また、磨耗疵および熱影響深さが小さく、銅板の改削代が少なかったためである。
【００６８】
図６は、本発明による鋳型寿命の延長効果を示す図である。以上の結果を、平均鋳型銅板改削改善指数を用いて評価すると、比較例では１．０であったのに対し、本発明例は１．４と良好な値であった。
【００６９】
平均鋳型銅板改削改善指数は、下記（８）式で定義される指数である。
Ｉ＝Ｎ／Ｎｃ  …（８）
ここで、Ｉ：平均鋳型銅板改削改善指数、Ｎ：鋳型が寿命に達するまでの平均改削回数、Ｎｃ：鋳型が寿命に達するまでの平均改削回数の基準値である。ここでは、基準値Ｎｃとして比較例の鋳型が寿命に達するまでの平均改削回数を適用した。
【００７０】
２．鋳型の曲線テーパー部領域の長さと鋳片の表面品質との関係についての試験（第２試験）
上記第１試験に本発明例として用いたものと同様の構成の鋳型を用いて、上記第１試験に用いた厚板向け一般鋼および高合金鋼の連続鋳造試験を行った。
【００７１】
鋳型は、幅を１６５０ｍｍおよび２３００ｍｍとし、曲線テーパー部領域の長さを５０．０ｍｍ、１００．０ｍｍおよび１５０．０ｍｍとした。いずれの鋳型とも、鋳造方向の全長を９００ｍｍとし、上端からメニスカス部までの長さを１００ｍｍとした。そのため、各鋳型の曲線テーパーメニスカス下有効長比率は、６．３％、１２．５％および１８．８％であった。曲線テーパー部領域の内面は、上記（５）〜（７）式によって表される形状とした。メニスカス部でのテーパー率は１０％／ｍとした。第１の直線テーパー領域のテーパー率は、上記１の試験と同じとした。
【００７２】
また、比較例として、幅が１６５０ｍｍおよび２３００ｍｍであり、前記図２に示した、全体が直線テーパーからなり、テーパー率が上記第１試験の基準テーパー率であるものを用いた。
【００７３】
評価項目は得られた鋳片の表面品質とし、所定の長さに切断された鋳片の表面割れ（コーナー割れおよび横割れ）を目視で観察した。表３には、鋳型の曲線テーパー部領域の長さおよび曲線テーパーメニスカス下有効長比率と併せて、鋳片表面品質の評価結果を記号で示した。鋳片表面品質の評価の記号の意味は以下の通りである。
○：良。鋳片の観察対象とした部分の全長に渡り、表面割れがなかったことを意味する。
△：可。鋳片の観察対象とした部分の全長に渡り、表面割れが散発したことを意味する。
×：不可。鋳片の観察対象とした部分のほぼ全長に渡り、表面割れが発生したことを意味する。
【００７４】
【表３】
0005828295.tif 000005
【００７５】
表３に示す結果から、本発明の鋳型を用いることにより、表面品質が良好な鋳片が得られることがわかった。特に、曲線テーパーメニスカス下有効長比率が１２．５％以下の場合に表面品質がより良好であった。これは、一般的に、凝固初期では収縮量が大きいため、鋳型が長いほど表面品質を良好とする効果が小さいためであると考えられる。
【００７６】
３．曲線テーパー部領域の下部の直線テーパー部領域のテーパー率と鋳型寿命との関係についての試験（第３試験）
３−１．試験条件
表４に示す形状の鋳型を用いて連続鋳造試験を行った。
【００７７】
【表４】
0005828295.tif 000006
【００７８】
参考例Ａ１、本発明例Ａ２〜Ａ４、比較例Ａ７およびＡ８、本発明例Ｂ１〜Ｂ４、ならびに比較例Ｂ７およびＢ８は、上記１および２の試験に本発明例として用いたものと同様の構成の鋳型を用いた（表４において「２段テーパー有無」の欄の記載が「有り」）。比較例Ａ１〜Ａ６および比較例Ｂ１〜Ｂ６は、前記図２に示した、全体が直線テーパーからなるものを用いた（表４において「２段テーパー有無」の欄の記載が「無し」）。いずれの鋳型とも、鋳造方向の全長を９００ｍｍ、鋳型の上端からメニスカス部までの長さを１００ｍｍとした。
【００７９】
表４には、メニスカス部でのテーパー率、直線テーパー部領域のテーパー率、直線テーパー部領域のテーパー量および基準テーパーに対する直線テーパー部領域のテーパー率の割合を示した。基準テーパー率は、参考例Ａ１、本発明例Ａ２〜Ａ４および比較例Ａ１〜Ａ８では１．２２５％／ｍ、本発明例Ｂ１〜Ｂ４および比較例Ｂ１〜Ｂ８では１．２３１％／ｍとした。
【００８０】
テーパー率の算出の一例を示す。比較例Ａ５の場合、前記図２における鋳型の鋳造方向の全長Ｌが９００ｍｍ、鋳型の幅Ｗａが１６５０ｍｍであり、テーパー量Ｗａ−Ｗｂが１８ｍｍであったことから、下記（１）式にこれらの値を代入してテーパー率Ｔが１．２２５％／ｍと算出できる。
Ｔ＝｛（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗｂ｝／Ｌ×１００  …（１）
【００８１】
比較例Ａ５の鋳型によって、ちょうど補償することができる凝固収縮量は、テーパー率が１．２２５％／ｍ、メニスカスから鋳型下端までの鋳造方向の長さが８００ｍｍであったことから、１．２２５％／ｍ×８００ｍｍ＝０．９８％である。同様に、比較例Ｂ５の鋳型では、ちょうど補償することができる凝固収縮量は、テーパー率が１．２３１％／ｍであったことから、１．２３１％／ｍ×８００ｍｍ≒０．９８％である。この凝固収縮量は、前記図１に記載の鋼種の鋳型から排出された直後の鋳片の表面温度が約１１００℃である場合に相当する。
【００８２】
この試験で鋳造の対象とした鋼種は、凝固収縮量が０．９８％の鋼種およびこれよりも凝固収縮が大きい鋼種とした。
【００８３】
３−２．試験結果
評価項目は、得られた鋳片の表面品質および平均鋳型銅板改削改善指数とした。前記表４に、試験条件と併せて、鋳片表面品質の評価結果および平均鋳型銅板改削改善指数を示した。鋳片表面品質は、鋳型の短辺側の銅板に露出した疵および磨耗疵を目視にて確認することで評価し、評価の記号の意味は上記第２試験で用いたものと同様とした。
【００８４】
また、平均鋳型銅板改削改善指数は、上記第１試験で用いた下記（８）式で定義されるものである。
Ｉ＝Ｎ／Ｎｃ  …（８）
ここで、Ｉ：平均鋳型銅板改削改善指数、Ｎ：鋳型が寿命に達するまでの平均改削回数、Ｎｃ：鋳型が寿命に達するまでの平均改削回数の基準値である。ここでは、平均改削回数Ｎは各条件で用いた２個の鋳型についての鋳型の短辺側の銅板１枚の改削回数の平均とし、基準値Ｎｃは比較例Ａ５の平均改削回数とした。
【００８５】
比較例Ａ５では、凝固シェルの凝固収縮をちょうど補償でき、平均鋳型銅板改削改善指数はベースレベルの１．０であった。
【００８６】
比較例Ａ５よりもテーパー率が小さかった比較例Ａ１〜Ａ４では、表面割れ（コーナー割れおよび横割れ）が発生した。これは、鋳型の寿命の向上を考えてテーパー率を小さくした場合に相当する。
【００８７】
参考例Ａ１、本発明例Ａ２〜Ａ４および本発明例Ｂ１〜Ｂ４では、メニスカス部において曲線テーパーとすることにより、凝固シェルを均一化することができるとともに、曲線テーパー部領域の下部の直線テーパー部領域では基準テーパー率よりも小さいテーパー率とすることにより、鋳片表面の割れの発生を抑制しつつ鋳型を長寿命とすることができる。
【００８８】
参考例Ａ１と本発明例Ａ２〜Ａ４とを比較すると、参考例Ａ１では直線テーパー部領域でのテーパー率が小さすぎたため、本発明例Ａ２〜Ａ４の方が鋳片の表面品質がより良好であった。これは、本発明例Ｂ１と本発明例Ｂ２〜Ｂ４についても同様であった。
【００８９】
比較例Ａ７、Ａ８、Ｂ７およびＢ８では、曲線テーパー部領域の下部の直線テーパー部領域でテーパー率が基準テーパー率よりも大きかったため、鋳型の磨耗が大きく、寿命が短かった。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の連続鋳造用鋳型は、長寿命であり、かつ凝固収縮の大きさが異なる鋼種および多種多様な操業形態でも表面品質の良好な鋳片を安定して鋳造することができる。本発明の連続鋳造方法によれば、この連続鋳造用鋳型を使用することにより、長期間にわたって安定して操業することができる。
【符号の説明】
【００９１】
２１、４１：鋳型、  ４１ａ：直線テーパー部領域、  ４１ｂ：曲線テーパー部領域、  ２２、４２：短辺側の銅板、  ４３：メニスカス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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